石灰石礦山中深孔逐孔爆破技術(shù)*

彭廷華，梁廣妍

(1.成都中材建設(shè)工程公司， 四川 成都 610017;2.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

0 引言

四川利森建材集團(tuán)雙橋石灰石礦為中國(guó)建材西南水泥什邡公司的石灰石原料礦山，公司有熟料生產(chǎn)線兩條，日需礦石10000 t，以垂直深孔多臺(tái)階開采，采用KG940A高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)鉆垂直、傾斜深孔，爆破采用粉狀硝銨炸藥［1，2］。目前該礦存在爆破震動(dòng)擾民、炸藥單耗高、大塊率高、爆破效果不理想的問題，嚴(yán)重制約了礦山的生產(chǎn)能力。為了改善爆破效果［3］，降低大塊率［4］，降低爆破震動(dòng)［5］對(duì)周邊環(huán)境的干擾，進(jìn)行了爆破實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了爆破網(wǎng)絡(luò)參數(shù)［6］。

1 作業(yè)環(huán)境與地質(zhì)條件

四川利森雙橋石灰石礦山爆破作業(yè)區(qū)域?yàn)榛纳狡拢V石為石灰石，零星分布第四系碎石土、浮土、雜草等。地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單:區(qū)域地層以茂汶斷裂為界，西部出露有元古界黃水河群和震旦系、以東為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及第四系，石灰?guī)r礦主要分布于石炭系和二疊系中;區(qū)域展現(xiàn)的構(gòu)造屬龍門山華夏系構(gòu)造一部分，呈NE40°～50°走向，寬20～50 km，長(zhǎng)150 km以上，主要由三條北東向壓扭性大斷裂(茂汶斷層、映秀斷層、二王廟斷層)和兩個(gè)最大復(fù)背斜(彭灌復(fù)背斜、寶興復(fù)背斜)，以及一系列走向北東的次一級(jí)壓扭性斷裂、倒轉(zhuǎn)和正常褶曲組成，前人稱之為“九頂山華夏構(gòu)造系”。在此構(gòu)造系中，尚伴有一系列呈北東向展布的飛來峰構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)屬塘壩子飛來峰構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)有少許溶洞，裂隙發(fā)育，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=6～8。爆破作業(yè)區(qū)域周圍500 m內(nèi)無(wú)建筑設(shè)施，只有荒地，爆破環(huán)境較好。

2 爆破作業(yè)方式及參數(shù)選擇

2.1 爆破參數(shù)選取

臺(tái)段高度小于5 m的采用淺眼爆破，臺(tái)段高度在6～15 m的采用中深孔爆破。本文僅對(duì)中深孔爆破進(jìn)行闡述。

2.1.1 中深孔爆破參數(shù)

礦山采用多排孔非電導(dǎo)爆管雷管逐孔爆破［7-8］，主要使用2#巖石膨化硝銨炸藥。

(1)生產(chǎn)中采用的爆破參數(shù)為:

炮孔直徑115 mm;

炮孔深度16.5 ～18 m(臺(tái)階高度15 m);

炮孔傾角75°;

炮孔底盤抵抗線3.5～4 m;

炮孔間距4～6 m;

炮孔排距3～4 m(炮孔呈菱形布置);每次爆破2～3排;

每次爆破30～40孔;

炮孔填塞長(zhǎng)度≥3 m(填塞材料為鑿巖石粉);

延米爆破礦量≥19 m3;

單位炸藥消耗量約 0.32 ～0.45 kg/m3。

(2)邊坡爆破。臨近最終邊坡位置采用預(yù)裂爆破等控制爆破技術(shù)，確保采場(chǎng)最終邊坡的穩(wěn)定。臺(tái)階高度小于5 m的采用淺孔預(yù)裂爆破，用手持風(fēng)鉆鉆孔，孔間距500 mm，不耦合裝藥系數(shù)為1.7。臺(tái)階高度超過5 m的采用中深孔預(yù)裂爆破，用潛孔鉆機(jī)穿孔，孔間距為1.5～2.5 m，不耦合裝藥系數(shù)為2。

(3)延期時(shí)間及起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。本礦山為較軟石灰?guī)r，毫秒延遲時(shí)間選擇見表1。

表1 毫秒延遲時(shí)間選擇

為了充分得到滿意的爆破塊度和達(dá)到良好的降振效果及確保準(zhǔn)確的起爆順序，孔內(nèi)采用大于150 ms的非電毫秒延期雷管;為了到達(dá)孔內(nèi)起爆炸藥的可靠性，孔內(nèi)設(shè)置兩個(gè)起爆藥包，離孔底2 m處置放一個(gè)起爆藥包逆向傳爆，離孔口7 m處置放一個(gè)起爆藥包逆向傳爆;地表孔間采用25 ms的非電毫秒延期雷管;排間采用110 ms的非電毫秒延期雷管。連接成爆破網(wǎng)絡(luò)用電雷管一次性起爆。網(wǎng)絡(luò)連接示意見圖1、延期時(shí)間表見表2。

圖1 起爆網(wǎng)絡(luò)連接

表2 延期時(shí)間表 單位/ms

2.2.2 中深孔爆破施工工藝

中深孔爆破施工工藝流程見圖2。

(1)施工準(zhǔn)備。組織機(jī)械設(shè)備及人員進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)行三級(jí)安全教育、技能培訓(xùn)、安全技術(shù)交底，辦理火工產(chǎn)品購(gòu)買協(xié)議，與當(dāng)?shù)孛癖?、公安部門聯(lián)系，取得爆破許可，完善相關(guān)手續(xù);搭建生產(chǎn)生活設(shè)施，解決施工用水用電及道路建設(shè)“三通一平”工作。

(2)放線。用全站儀或經(jīng)緯儀測(cè)定點(diǎn)、線，水準(zhǔn)儀進(jìn)行地形復(fù)測(cè)，定出標(biāo)樁。在施工中經(jīng)常檢查底邊線及高程，保證各平臺(tái)的高程滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)修筑鉆機(jī)運(yùn)行道路及鉆孔平臺(tái)。采用YT24鑿巖機(jī)，“一”字型釬頭鉆鑿炮孔，為潛孔鉆修筑道路及鉆孔平臺(tái)。

(4)爆破設(shè)計(jì)。按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行爆破參數(shù)調(diào)整，調(diào)整后的爆破設(shè)計(jì)或方案報(bào)公司總工程師審核批準(zhǔn)后才能進(jìn)行爆破施工。

圖2 中深孔爆破施工工藝流程

(5)穿孔。按中深孔爆破參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，在穿孔過程中如遇溶洞或無(wú)法鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置的炮孔，做好施工記錄。

(6)裝藥。為提高裝藥密度和裝藥集中度，一般采用散裝炸藥。粉狀炸藥通過漏斗往孔內(nèi)裝填，用炮棍搗實(shí)保證裝藥密度。潮濕有水的炮孔，應(yīng)使用防水炸藥，或用經(jīng)防水處理的筒裝藥卷，每筒藥卷的重量應(yīng)小于3 kg。藥卷直徑應(yīng)比炮孔直徑小10～20 mm。藥卷上端設(shè)竹制吊鉤，用結(jié)實(shí)繩子將藥卷逐個(gè)吊放入炮孔內(nèi)，繩子一端栓一活動(dòng)小吊鉤(非鐵質(zhì))，以便藥卷放入炮孔能迅速脫鉤。邊坡孔采用不耦合裝藥，可將小藥卷綁在竹片上，以增加裝藥長(zhǎng)度。裝藥過程中隨時(shí)用皮尺測(cè)量裝藥高度，遇有溶洞或裂隙時(shí)采用空氣間隔器間隔以預(yù)防局部形成集中藥包增大裝藥量。爆破時(shí)飛石過遠(yuǎn)，一般采用連續(xù)柱狀裝藥或間隔裝藥結(jié)構(gòu)。為避免超過傳爆長(zhǎng)度而引起藥柱爆炸不完全，在炮孔深度大時(shí)，應(yīng)在裝藥段的上部和下部1/3處各裝一個(gè)起爆藥卷。起爆藥卷的重量1～3 kg。每個(gè)起爆藥卷插入1個(gè)起爆雷管。裝入起爆藥卷后用炮棍裝填上部的炸藥時(shí)，必須輕填、輕壓，并應(yīng)保護(hù)好起爆線路。操作中嚴(yán)禁用炮棍撞擊阻塞在深孔內(nèi)的起爆藥卷。裝藥前，應(yīng)將孔口周圍半徑70 cm內(nèi)的一切巖塊、雜物及孔內(nèi)堵塞物清除干凈。裝藥過程中必須防止異物掉入孔內(nèi)造成裝藥困難或裝藥間隔引起藥柱不傳爆。

(7)堵塞。為提高爆破效果和控制飛石的距離，必須保證合理的堵塞長(zhǎng)度。堵塞長(zhǎng)度一般應(yīng)不得小于最小抵抗線的0.8倍;邊坡孔在孔口1～1.5 m內(nèi)用粘土堵塞。緊靠炸藥一段和孔口段(大于1 m)應(yīng)用炮泥堵塞，但不得混入石塊。必須用炮泥堵塞。

(8)起爆網(wǎng)絡(luò)。采用非電起爆:用高能脈沖起爆器。

3 安全技術(shù)措施

3.1 安全管理工作

為了確保施工安全，在施工中貫徹“安全生產(chǎn)，預(yù)防為主，綜合治理”的方針。爆破嚴(yán)格執(zhí)行GB6722—2003《爆破安全規(guī)程》。

(1)火工品的運(yùn)輸、貯存和加工使用必須按相應(yīng)的規(guī)程要求精心操作。

(2)警戒與信號(hào)必須嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)程，視覺信號(hào)(紅旗)，聽覺信號(hào)(警報(bào)及哨音)和標(biāo)志牌等要齊全，明確。各警戒點(diǎn)應(yīng)設(shè)在危險(xiǎn)區(qū)的邊界以外。

(3)爆破信號(hào)分預(yù)告信號(hào)，起爆信號(hào)和解除信號(hào)，信號(hào)的下達(dá)由總指揮一人負(fù)責(zé)。預(yù)告信號(hào)應(yīng)在起爆前30 min發(fā)出，所有與警戒無(wú)關(guān)的人員，設(shè)備立即撤離危險(xiǎn)區(qū)以外的安全地點(diǎn)，同時(shí)派出警戒人員到指定的警戒點(diǎn)，當(dāng)確認(rèn)人員與設(shè)備均已撤離危險(xiǎn)區(qū)外才能發(fā)出安全信號(hào)，具備起爆條件時(shí)方可發(fā)出起爆信號(hào)，由指定的專職人員負(fù)責(zé)起爆，實(shí)施爆破后警戒人員仍要堅(jiān)守崗位，履行職責(zé)，當(dāng)爆破后10 min，由指定的安全技術(shù)人員可進(jìn)入爆區(qū)進(jìn)行安全檢查，其他人員不得進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，經(jīng)檢查確認(rèn)安全后，才允許發(fā)出解除信號(hào)，警戒人員方可撤回。

3.2 盲爆處理

發(fā)現(xiàn)盲爆后，由爆破工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制定相應(yīng)的技術(shù)措施或方案，由爆破經(jīng)驗(yàn)豐富的爆破員進(jìn)行處理，排除前必須在爆區(qū)設(shè)立警戒標(biāo)志，并且派安全員值守，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入，當(dāng)班不能排除移交另一班爆破員排除時(shí)，必須交接清楚。具體排除方法如下:

(1)爆破網(wǎng)路未受破壞，最小抵抗線無(wú)變化者，可重新聯(lián)線起爆，最小抵抗線有變化，應(yīng)驗(yàn)算安全距離，并擴(kuò)大警戒范圍后，再聯(lián)線起爆;

(2)在距盲炮孔口不小于10倍炮孔直徑處另打平行孔裝藥起爆;

(3)所有炸藥若為非抗水硝銨類炸藥，且孔壁完好者，可取出部分堵塞物，向孔內(nèi)灌水使之失效然后作進(jìn)一步處理。

3.3 爆破安全技術(shù)控制

為有效控制爆破地震波，沖擊波及爆破飛石等爆破危害，設(shè)計(jì)與施工嚴(yán)格控制最大一段起爆藥量，控制雷管的分段順序及時(shí)間差，避免爆破危害發(fā)生。

3.3.1 爆破地震波安全距離計(jì)算

爆破地震波安全距離。

式中:Q—最大一段爆破藥量，kg;

K—系數(shù)，取K=200;

a—衰減指數(shù)a=1.65;

V—爆破震速，取V=2 cm/s。

根據(jù)公式(1)計(jì)算，確認(rèn)爆破最大一段藥量Q≤400 kg對(duì)周圍建筑無(wú)影響。

3.3.2 爆破空氣沖擊波安全距離計(jì)算

爆破空氣沖擊波安全距離按式(2)計(jì)算:

式中:K—系數(shù)，取 K=1.5;

Q— 最大一段爆破藥量，kg。

根據(jù)式(2)計(jì)算，確認(rèn)最大一段藥量Q≤400 kg對(duì)周圍環(huán)境(人員、動(dòng)物、建筑物)無(wú)影響。

3.3.3 個(gè)別飛石的安全距離計(jì)算

個(gè)別飛石的安全距離按式(3)計(jì)算:

式中 :n—爆破作用指數(shù)，取n=0.75;

W—為最小抵抗線;

k—為系數(shù)，取k=1。

爆破個(gè)別飛石安全距離計(jì)算見表3。

表5 爆破個(gè)別飛石安全距離計(jì)算

《爆破安全規(guī)程》(GB6722－2013)規(guī)定:中深孔爆破個(gè)別飛石的最小安全距離不小于300 m。根據(jù)以上計(jì)算，個(gè)別飛石的最小安全距離在《爆破安全規(guī)程》(GB6722－2013)規(guī)定允許范圍內(nèi)。

通過對(duì)周圍地形、周圍環(huán)境了解，如爆破作業(yè)環(huán)境較差，實(shí)施爆破時(shí)嚴(yán)格控制最大一段裝藥量，加強(qiáng)安全警戒范圍、警戒力度，可以避免爆破危害和爆破事故。

4 結(jié)論及分析

通過實(shí)驗(yàn)，采用此類爆破方法進(jìn)行爆破施工，炸藥單耗能降低到0.28 kg/m3，大塊率控制在2%以內(nèi)，爆破震動(dòng)控制在爆破安全規(guī)程允許范圍內(nèi)，改用此類爆破方法后，爆破震動(dòng)擾民得到了緩解(以前采用排間微差爆破，每排8～10孔，段藥量600 kg，每次爆破后，附近村民到礦山阻擾施工)，為該礦山后期采礦取得了好的經(jīng)驗(yàn)，獲得了較好的社會(huì)效益。此種爆破方法還可以改進(jìn)孔網(wǎng)參數(shù)，減小單段藥量，爆破震動(dòng)速度可以得到更好的控制。

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